“虛擬儀器”課程翻轉課堂教學探索

董浩斌　葛健

摘要：“虛擬儀器”是中國地質大學（武漢）自動化學院測控技術與儀器專業開設的專業選修課。本文擬結合“虛擬儀器”課程教學的內在規律及主要目的，將“翻轉課堂”這一創新教學理念應用到該課程，以期改變傳統教學中“以教師為中心”的模式，從而建立新的教學機制。

關鍵詞：虛擬儀器；測控技術與儀器；翻轉課堂

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）51-0145-02

一、課程概況

“虛擬儀器”是中國地質大學（武漢）自動化學院測控技術與儀器專業開設的專業選修課，該課程要求學生掌握虛擬儀器的概念和基礎知識，同時初步具備利用LabVIEW開發測控系統的能力，為將來利用虛擬儀器技術開發測控系統和儀器儀表奠定基礎，因此在整個本科教學體系中占有重要地位。

本文的主要目的是測控技術與儀器專業本科生來展開研究，并以專業課“虛擬儀器”為例來對該專業翻轉課堂教學的應用進行研究和探索，以期改變傳統教學中“以教師為中心”的模式，從而建立新的教學機制。

二、教學模型設計

翻轉課堂通過對知識傳授和知識內化的互換，從而改變了傳統教學模式中的師生角色定位。該方法最早由美國邁阿密大學的Lage在“經濟學入門”的教學中采用[1，2]。本文對“虛擬儀器”課堂時間的使用進行重新規劃，以實現對傳統教學模式的革新[3，4]。通過信息技術，為“虛擬儀器”學習者構建出小組合作式的學習環境。為取得卓有成效的基于翻轉課堂的“虛擬儀器”的教學效果，本文首先構建了下圖所示的基于翻轉課堂的“虛擬儀器”閉環教學模型。該教學模型包括課前自主學習和課上的項目驅動式學習兩部分。在這兩個過程之中，虛擬儀器學習支持體系和項目合作小組是翻轉課堂學習環境創設的兩個有力杠桿，它們的順利開展能夠有力保證個性化小組協作式學習環境的構建與生成，同時是教師與學生間、學生與學生間互動的必要條件之一[5]。

在課前學習中。以觀看虛擬儀器教學微視頻、課前基本知識點練習為主。學生應首先通過上節課發布的微視頻進行知識點預習；為保證學生的注意力能夠集中到教學視頻上，每段視頻的時間控制在15分鐘以內。由于虛擬儀器教學以LabVIEW軟件為主要的軟件平臺，該軟件特別強調上機時間操作，因此擬在視頻教學完畢后，發布課前基本知識點上機練習題。在上述過程中，學生和教師可通過虛擬儀器QQ群進行在線互動，了解彼此之間的收獲與疑問，此外學生之間也能進行互動。對于課前練習的數量和難易程度，本課程通過開展實驗，以實現合理設計，來幫助學生利用舊知識完成向新知識的遷移過渡。全部完成后，練習題的源代碼在指定時間內由學生上傳至公共郵箱。

在課內學習中。首先，在課前小程序練習中的高頻錯誤點以及效果評價的基礎上，確定學生的薄弱知識環節與問題，對課內教學的知識點進行重難點調整與劃分，并展開統一教學。隨后，為學生提供獨立學習時間：由學生自由搭建學習小組，對教師發布項目進行合作研究，從而培養學生的團隊協作能力。在指定時間內完成后，輪流由各個小組進行成果PPT匯報。

三、教學效果評價

在完成上述的閉環教學過程后，授課老師需要根據交流結果，進行課前和課內效果的評價，并再次根據評價效果對知識點進行梳理。虛擬儀器課程是測控技術與儀器專業本科生在學習智能儀器、傳感器技術、數字信號處理等課程后的一門專業選修課程，LabVIEW是目前國內外用途最廣的數據采集及分析處理軟件。通過該課程的學習使學生掌握虛擬儀器的概念和基礎知識，同時初步具備開發虛擬儀器的能力。教學評價的要點如下。

1.虛擬儀器及LabVIEW入門：主要介紹虛擬儀器發展現狀，如何初步建立一個LabVIEW文件。

2.LabVIEW程序結構：主要介紹循環結構、分支結構、順序結構及應用編程；重點：LabVIEW循環結構；難點：LabVIEW分支結構。

3.LabVIEW數據類型：主要介紹數據類型，數組、簇、波形的應用編程；重點：數組的應用編程；難點：數組、簇的調用與運算。

4.LabVIEW圖形顯示：主要介紹常用Graph控件、XY圖形控件、Chart控件以及圖形顯示控件的使用；重點：常用Graph控件的使用；難點：Graph控件與Chart控件的區分。

5.字符串和文件I/O：主要介紹字符串、文件I/O、字符串和文件I/O控件的作用；重點：字符串的應用編程；難點：利用文件I/O控件來進行文件的連續操作。

6.虛擬儀器數據采集：主要介紹信號的類型，虛擬儀器數據采集技術和LabVIEW中數據采集控件應用；重點：虛擬儀器數據采集程序架構的建立；難點：如何實現數據的不丟包采樣。

7.虛擬儀器信號分析與處理初步：主要信號分析與處理概述、頻譜分析控件、數字濾波、LabVIEW中數據分析與處理控件使用及編程；重點：數字濾波器；難點：如何實現數據濾波數據的轉換。

四、總結

本文針對在測控技術與儀器本科高年級學生的實踐性較強的專業課教學中，存在的難以實施因材施教、以教師為中心、互動交流不夠等問題，以“虛擬儀器”為例來對翻轉課堂教學進行探索與實踐。研究基于翻轉課堂的“虛擬儀器”閉環教學模型，并歸納總結了相應的教學效果評價要點。

參考文獻：

[1]McEvoy C S，Cantore K M，Denlinger L A N，et al.Use of medical students in a flipped classroom programme in nutrition education for fourth-grade school students[J].Health Education Journal，2016，75（1）：38-46.

[2]He W，Holton A，Farkas G，et al.The effects of flipped instruction on out-of-class study time，exam performance，and student perceptions[J].Learning and Instruction，2016，（45）：61-71.

[3]馬秀麟，趙國慶，鄔彤.大學信息技術公共課翻轉課堂教學的實證研究[J].遠程教育雜志，2013，（1）：79-85.

[4]鐘曉流，宋述強，焦麗珍.信息化環境中基于翻轉課堂理念的教學設計研究[J].開放教育研究，2013，1（2）.

[5]張金磊，王穎，張寶輝.翻轉課堂教學模式研究[J].遠程教育雜志，2012，4（4）：46-51.